정수압식 레벨 측정의 원리

액주가 탱크 바닥을 누르는 압력은 액체의 높이와 밀도로만 정해지며 탱크의 모양이나 부피와는 관계가 없습니다. 따라서 바닥의 압력 트랜스미터나 액체 속에 매단 투입식 센서로 레벨을 측정할 수 있습니다.

p = ρ × g × h

ρ는 밀도(kg/m³), g는 중력가속도, h는 다이어프램 위 액체의 높이입니다. 표준 중력가속도에서 20 °C 물 1 m는 9.789 kPa, 즉 97.89 mbar입니다.

트랜스미터 범위 정하기

트랜스미터는 측정하려는 최저 레벨에서 4 mA, 최고 레벨에서 20 mA가 되도록 교정합니다.

LRV = ρ × g × (h_min + h₀) URV = ρ × g × (h_max + h₀)

h₀는 트랜스미터에서 영점 레벨까지의 높이입니다. 탱크 바닥보다 0.3 m 아래 노즐에 설치한 트랜스미터는 항상 0.3 m의 액체를 더 감지하므로 LRV가 0보다 커집니다(제로 엘리베이션). 스팬은 그대로입니다.

교정 스팬이 센서 범위의 상당 부분을 쓰도록, 측정 상한이 URV와 같거나 조금 큰 트랜스미터를 고르십시오. 범위가 훨씬 큰 센서는 턴다운이 커지고, 보통 측정 상한 대비 백분율로 규정되는 오차가 스팬에 비해 커집니다. 압력 트랜스미터 정확도 계산기로 확인하십시오.

계산 예

약 20 °C의 물 탱크, 레벨 0–5 m, 트랜스미터는 탱크 바닥:

밀도 998.21 kg/m³, 1 m당 압력 9.789 kPa
LRV 0 bar, URV 0.48945 bar(489.45 mbar)
레벨 3 m에서 0.29367 bar, 스팬의 60 %, 13.6 mA

같은 트랜스미터가 바닥보다 0.5 m 아래에 있으면 범위는 0.04895–0.53840 bar가 되고 스팬은 변하지 않습니다.

밀도와 온도

정수압식 레벨 측정의 가장 큰 오차 요인은 밀도입니다. 물은 4 °C에서 999.97 kg/m³, 20 °C에서 998.21 kg/m³, 60 °C에서 983.20 kg/m³입니다. 차가운 물로 교정한 탱크는 물이 60 °C가 되면 1.5 % 낮게 지시합니다. 염수, 오일, 산, 슬러리는 훨씬 크게 다르며 농도에 따라 밀도가 바뀌기도 합니다. 공정 데이터시트의 운전 온도 밀도를 쓰거나 직접 측정하십시오.

개방형, 밀폐형, 가압 탱크

개방형 또는 대기 개방 탱크. 게이지압 트랜스미터나 대기 개방형 투입식 센서로 액주를 직접 측정합니다. 센서 케이블 안의 벤트 튜브는 막히지 않고 건조하게 유지되어야 합니다.

액면 위에 가스나 증기가 있는 밀폐 탱크. 가스 압력이 측정값에 더해집니다. 저압측을 기상부에 연결한 차압 트랜스미터를 쓰면 가스 압력이 양쪽에 작용해 상쇄됩니다. 건식 기준 레그라면 이 페이지의 계산을 그대로 적용할 수 있습니다.

습식 기준 레그. 저압측 배관이 응축수나 봉입액으로 차면 저압측에 일정한 액주가 더해집니다. 범위는 음의 값 쪽으로 이동하며(제로 서프레션), 레그 높이와 그 밀도로 다시 계산해야 합니다.

흔한 실수

다른 액체를 수주 미터로 교정하기. 0–5 mH₂O로 설정한 트랜스미터는 밀도 850 kg/m³인 액체에서 15 % 낮게 지시합니다.

설치 위치 차이를 잊기. 탱크 바닥보다 아래에 있는 트랜스미터는 탱크가 비어 있어도 노즐 높이만큼 지시합니다.

가압 탱크를 게이지압 트랜스미터로 측정하기. 블랭킷 압력이 바뀔 때마다 레벨이 바뀐 것처럼 보입니다.

턴다운을 너무 크게 하기. 0–10 bar 트랜스미터를 0–0.5 bar로 설정해도 동작은 하지만, 측정 상한 기준의 온도 영향과 안정성이 스팬 대비 20배가 됩니다.

자주 묻는 질문

어떤 단위를 쓸 수 있습니까?

길이는 m, cm, mm, ft, in, 압력은 bar, mbar, kPa, psi, mH₂O, inH₂O입니다. 수주는 압력 단위 변환기와 같이 4 °C 기준입니다.

레벨을 부피로 바꾸려면?

탱크 형상에 따라 다릅니다. 수직 원통은 비례하지만 수평 원통과 구형은 비선형입니다. 트랜스미터는 높이를 측정하므로 용량표는 제어 시스템에서 적용합니다.

4–20 mA 출력은 레벨에 비례합니까?

네, 선형으로 비례합니다. 임의 레벨의 전류는 ‘에서’ 항목에 표시됩니다. 현장 값 변환에는 4–20 mA 변환기를 쓸 수 있습니다.

레벨–압력 계산기

액체

측정 범위

결과